CN111282981A - 一种用于土壤原位修复的电阻加热井 - Google Patents

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张文晖
白鹤
张盆
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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
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Abstract

本发明提供了一种用于土壤原位修复的电阻加热井，它主要由防水盒、T型管、电极、温度传感器、土壤电压信号检测器、填料层、膨润土层、混凝土浇灌层和工作钻孔组成。本发明所述加热井的电极加工简单且可拼接；加热井施工安装简单；同时采用温度传感器和土壤电压信号检测器的反馈信号作为注水和电压调节的依据，能够保持高效处理的同时，更精确地控制电耗，降低成本。

Description

一种用于土壤原位修复的电阻加热井
技术领域
本发明涉及原位土壤修复装置，具体涉及一种用于土壤原位修复的电阻加热井。
背景技术
土壤污染物中半挥发性和挥发性污染物具有迁移能力强、持久性强和毒性大等特点，受到社会各界的广泛的关注。在诸多土壤修复方法中，土壤原位热脱附修复技术是处置该类污染物最有效的办法之一。原位热脱附技术对多氯联苯、氯苯、苯、农药(六六六)等挥发性和半挥发性有机污染物具有良好的修复效果。土壤原位热脱修复技术主要包括：蒸汽强化抽提技术(SEE)、电阻加热技术(ERH)和热传导加热技术(TCH)等。
电阻加热技术(ERH)是一种效率高和施工灵活的修复技术，属于低温土壤原位热脱附修复技术。该技术根据土壤低透水率与电热化学性质，通过电阻加热井对土壤进行加热的一种原位热脱附方式。美国在20世纪90年代开始利用电阻加热技术进行了场地修复实验，可在较短间内(100-250d)，污染物去除率可能够达到90％以上。电阻加热技术因其技术要求高且成本控制难度高，最近几年才逐步引入我国。由于电阻加热技术运行温度通常不高于150℃，对修复后的土壤性质(如有机质、pH值、肥力和微生物等)影响小，因此电阻加热技术是一种可持续土壤修复技术。此外，电阻加热技术可与其他土壤修复技术(如原位化学氧化、微生物降解和原位热脱附技术等)耦合联用，可以进一步提高处理效率和降低综合应用成本。
受污染土壤的污染物可能会达30米以上，这要求电阻加热井深度也要达到该深度。此外，在电阻加热过程中，电极附近土壤的含水率流失较快，如何保持电极附近土壤的含水率以及保证加热效率的同时优化供电电压(或降低输入功率)是电阻加热技术应用的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于土壤原位修复的电阻加热井，一方面解决原位电阻加热井的加长电极运输与安装不方便的问题，另一方面解决在加热过程中电极附近土壤含水率降低过快引起的高电耗问题。
本发明是通过以下技术方案实现上述技术问题：
本发明提供的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，它主要由防水盒、T型管、电极、温度传感器、土壤电压信号检测器、填料层、膨润土层、混凝土浇灌层和工作钻孔构成。T型管侧端与注水管相连，顶端密封，底端与盲板相连。支撑件焊接在T型管上，焊接高度位于注水管水平高度以上。T型管内设有套管，套管的一端与T型管的顶端贯通相连，另一端与盲板贯通相连。电极通过法兰与盲板相连。供电电线穿过防水盒上的防水电线管、套管和盲板上的孔后被焊接到电极的内壁上，采用防水绝缘材料填充套管。T型管的下部分与电极安装在工作钻孔内，电极与工作钻孔之间为填料层，填料层依次往上分别为膨润土层和混凝土浇灌层。
所述的防水盒采用绝缘塑料材质，安装在的支撑件上。
所述的T型管采用钢质材料，外壁涂有耐高温绝缘层。盲板上开有两孔，其中一个孔与T型管底端连通，另一个孔与套管的一端连通。
所述的电极为不锈钢材质圆管，顶端与法兰相连，底端密封。可采用多节拼接结构，每节长度不大于4m，各节之间采用法兰或螺纹连接。每节电极管壁的轴向上至少开一组宽缝，每组宽缝包含4-8个宽缝，且在同一轴向高度上沿管壁均匀分布，每节电极上的宽缝总面积应不大于电极圆管横截面积的4倍。宽缝外表面焊有不锈钢金属网，金属网的孔径应不大于填料粒径的一半。
所述的电极上的法兰与T型管上的盲板采用耐高温绝缘螺栓相连，法兰与盲板之间密封垫片采用耐高温绝缘垫片。
所述的填料层采用的填料为颗粒形状的石墨或铁，或者两者混合物，粒径应不小于1mm。
所述的温度传感器和土壤电压信号检测器安装在工作钻孔内。当电极为单节情况，应配备一个温度传感器和一个土壤电压信号检测器，其安装高度位置与电极的中间位置齐平。当电极为多节拼接情况，应配备两个温度传感器和两个土壤电压信号检测器，其中一个温度传感器和一个土壤电压信号检测器的安装高度位置与电极第一节(即最上面一节)的中间位置齐平，其中另一个温度传感器和另一个土壤电压信号检测器的安装高度位置与电极最后一节(即最上面一节)的中间位置齐平。
本发明相比现有技术具有以下优点如下：
(1)所采用加热井的电极可拼接，且加工简单和运输方便。
(2)加热井安装调试简单。
(3)同时采用温度传感器和土壤电压信号检测器的反馈信号作为注水和电压调节的依据，能够保持高效处理的同时，更精确地控制电耗，降低成本。
附图说明
图1是本发明中用于土壤原位修复的电阻加热井的一种结构示意图
图2是本发明中盲板结构示意图
图中：1-防水盒、2-T型管、3-电极、4-温度传感器、5-土壤电压信号检测器、6-填料层、7-膨润土层、8-混凝土浇灌层、9-工作钻孔、10-供电电线、11-防水电线管、21-注水管、22-套管、23-盲板、24-支撑件、31-法兰、32-宽缝、231-孔、232-孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步阐述，但应注意，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，本领域技术人员在阅读了本发明详细内容之后，对本发明进行的各种改动或修改，均应落于本发明的限定范围。
如图1所示，用于土壤原位修复的电阻加热井主要由防水盒(1)、T型管(2)、电极(3)、温度传感器(4)、土壤电压信号检测器(5)、填料层(6)、膨润土层(7)、混凝土浇灌层(8)和工作钻孔(9)构成。T型管(2)侧端与注水管(21)相连，顶端密封，底端与盲板(23)相连。支撑件(24)焊接在T型管(2)上，位置比注水管(21)高出5cm。T型管(2)内设有套管(22)，套管(22)的一端与T型管(2)的顶端贯通相连，另一端与盲板(23)贯通相连。电极(3)通过法兰(31)与盲板(23)相连。供电电线(10)穿过防水盒(1)上的防水电线管(11)、套管(22)和孔(232)后被焊接到电极(3)的内壁上，采用防水绝缘材料填充套管(22)。T型管(2)的下部分与电极(3)安装在工作钻孔(9)内，电极(3)与工作钻孔(9)之间为填料层(6)，填料层(6)依次往上分别为膨润土层(7)和混凝土浇灌层(8)。
防水盒(1)采用PVC绝缘塑料材质，安装在的支撑件(24)上。
T型管(2)采用低碳钢材料，外壁涂有聚四氟乙烯耐高温绝缘层。
如图2所示，上述的盲板(23)上开有孔(231)和孔(232)，孔(231)与T型管(2)底端连通，孔(232)与套管(22)一端连通。
电极(3)为不锈钢材质圆管，顶端与法兰(31)相连，底端密封。电极(3)可采用3节拼接结构，每节长度为2m，各节之间采用法兰连接。每节电极(3)管壁的轴向上开一组宽缝(32)，每组包含4个宽缝(32)，宽缝(32)在同一轴向高度上沿管壁均匀分布，每节电极(3)上的宽缝总面积为电极(3)圆管截面积的2倍。宽缝(32)外表面焊有不锈钢金属网，金属网的孔径为填料粒径的一半。
法兰(31)与盲板(23)采用耐高温绝缘螺栓相连，法兰(31)与盲板(23)之间密封垫片采用聚四氟乙烯耐高温绝缘垫片。
填料层(6)采用的填料为颗粒石墨，平均粒径为1.5mm。
温度传感器(4)和土壤电压信号检测器(5)安装在工作钻孔(9)内。本例中电极(3)为3节拼接结构，应配备两个温度传感器(4)和两个土壤电压信号检测器(5)，其中一个温度传感器(4)和一个土壤电压信号检测器(5)的安装高度位置与电极(3)最上面一节的中间位置齐平，其中另一个温度传感器(4)和另一个土壤电压信号检测器(5)的安装高度位置与电极(3)最下面一节的中间位置齐平。
电阻加热井安装方式如下：首先在受污染土壤里进行钻孔形成工作钻孔(9)，把T型管(2)与电极(3)连接好，放入工作钻孔(9)的中心，然后放置温度传感器(4)和土壤电压信号检测器(5)，倒入填料使填料刚好没过电极(3)形成填料层(6)，在填料层(6)上倒入膨润土压实形成膨润土层(7)，在填料层(6)上浇注混凝土形成混凝土浇灌层(8)。
电阻加热井运行时，电能通过供电电线(10)向加热井供电，供电电压为380AVC，加压水通过注水口(21)向电阻加热井内注水。根据温度传感器(4)和土壤电压信号检测器(5)的反馈信息(如升温速率曲线和土壤电压变化曲线)来调节供电电压和注水量的大小。
采用本发明的加热井能够提高快热效率，能在较短时间内达到设计温度。
对照表 80摄氏度 110摄氏度 150摄氏度
普通电阻加热井 50天 96天 130天
本发明电阻加热井 42天 75天 103天

Claims (7)

1.一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，它主要由防水盒、T型管、电极、温度传感器、土壤电压信号检测器、填料层、膨润土层、混凝土浇灌层和工作钻孔构成；T型管侧端与注水管相连，顶端密封，底端与盲板相连；支撑件焊接在T型管上，焊接高度位于注水管水平高度以上；T型管内设有套管，套管的一端与T型管的顶端贯通相连，另一端与盲板贯通相连；电极通过法兰与盲板相连；供电电线穿过防水盒上的防水电线管、套管和和盲板上的孔后被焊接到电极的内壁上，采用防水绝缘材料填充套管；T型管的下部分与电极安装在工作钻孔内，电极与工作钻孔之间为填料层，填料层依次往上分别为膨润土层和混凝土浇灌层。
2.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，防水盒采用绝缘塑料材质，安装在的支撑件上。
3.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，T型管采用钢质材料，外壁涂有耐高温绝缘层；盲板上开有两孔，其中一个孔与T型管底端连通，另一个孔与套管的一端连通。
4.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，电极为不锈钢材质圆管，顶端与法兰相连，底端密封；可采用多节拼接结构，每节长度不大于4m，各节之间采用法兰或螺纹连接；每节电极管壁的轴向上至少开一组宽缝，每组宽缝包含4-8个宽缝，且在同一轴向高度上沿管壁均匀分布，每节电极上的宽缝总面积应不大于电极圆管横截面积的4倍；宽缝外表面焊有不锈钢金属网，金属网的孔径应不大于填料粒径的一半。
5.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，电极上的法兰与T型管上的盲板采用耐高温绝缘螺栓相连，法兰与盲板之间密封垫片采用耐高温绝缘垫片。
6.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，填料层采用的填料为颗粒形状的石墨或铁，或者两者混合物，粒径应不小于1mm。
7.如权利要求1所述的一种用于土壤原位修复的电阻加热井，其特征在于，温度传感器和土壤电压信号检测器安装在工作钻孔内；当电极为单节情况，应配备一个温度传感器和一个土壤电压信号检测器，其安装高度位置与电极的中间位置齐平；当电极为多节拼接情况，应配备两个温度传感器和两个土壤电压信号检测器，其中一个温度传感器和一个土壤电压信号检测器的安装高度位置与电极第一节(即最上面一节)的中间位置齐平，其中另一个温度传感器和另一个土壤电压信号检测器安装高度位置与电极最后一节(即最下面一节)的中间位置齐平。
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